可拆变压器在电磁感应教学中的应用

陈勇

可拆变压器是高中物理教学中常用的实验器材，利用它可以很好地帮助我们完成变压器原理，变压器的电压与线圈匝数间的关系和远距离输电等相关知识的教学。

在高中物理教学中，电磁感应有着相当重要的地位，因此这部分的教学中演示实验就显得非常重要且必要。实验室中针对这部分的教学的实验器材也非常多，有的是要组合，有的是成套的，在实际教学中我不喜欢用成套的，特别是那种封在一个盒子里只露出几个部件的套件（自感现象演示器，电磁波的发射与接收之类的），因为这种器材几乎没有动手环节，不利于对学生的动手能力和兴趣的培养，另外在课堂上教师能动手做演示实验很容易调动学生的积极性。

在电磁感应的教学中我试着用课本上演示实验用到的器材进行实验，但效果并不理想。比如演示课本（鲁科版选修3-2下同）P5中的探究2实验时（如右图），大部分教师想到的是用条形磁铁、原副线圈组中的原线圈和J0401演示电表演示这个实验，但很多时候实验现象并不理想，原因是条形磁铁磁性不够强，原线圈自身电阻大，磁铁插入原线圈时经常会偏不易插入，电表量程过大偏角过小（J0409量程小偏角大，但体积太小只有近处的学生能看得见，用实物展台可用它）。有很多教师自己花钱买多个方形强磁铁串在一起用（实验室没有标配强磁铁），特别是有些教师在上公开课时经常看到，另一些教师就用J0409分组用的G表代替演示用电表J0401做演示实验，虽然现象是明显了但只有几个学生能看到，演示的效果就要大打折扣了。还有的教师干脆不做演示实验，有的用PPT演示，差点的就讲实验，这些都不是最好的方法。

我在这部分教学中只做了小小的改变，实验效果出奇得好，方法是用可拆变压器的0-200-800-1600组线圈中的0-1600两接线柱代替原来的原线圈，其他不变。由于可拆变压器的线圈内部是方形的，如果条形磁铁磁性不强，则有两种方法解决，一是用充磁机充磁，一根条形磁铁实验现象就非常明显，演示用电表J0401的指针会偏三分之一以上。二是用两根或三根条形磁铁并在一起用（单根条形磁铁磁性不够时），就能使电表指针满偏。以上的实验也可以用于楞次定律（感应电流方向判断）的教学中。

在自感现象的教学中通电自感和断电自感是要求做演示实验的，现在实验室中有一种自大感现象演示器如下图，这套仪器在演示通电自感和断电自感的现象都很明显，但学生只能看到老师或打开或关闭开关和灯的亮度变化，从灯的亮度变化上来说这套仪器已经很能说明问题了，但我不太赞成用这种成套的仪器，特别是已经封装好看不到内部结构的仪器。原因有：首先，物理实验目的是培养学生的动手能力，演示实验中老师可以教学生怎么做，要注意哪些问题，分组实验中学生才能敢于动手、大胆尝试；其次，演示实验是教师展现自己动手能力很好的平台。如果做得好，则能很快吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，激发学生的求知欲，同时更能增强学生对教师的认同感，甚至有的学生会因此而崇拜教师，进而爱上物理，这其实是老师与学生心灵交流的很好机会，教学效果自然很好。在实际自感现象教学中由于实验室中没有专门为自感配备的线圈，因此有的老师会去找旧的变压器，有的会去买一个日光灯镇流器，这两种方式都不错，我都用过。用实验室配备的自感现象演示器J2446。我也用过，但学生最多只能看到老师通电和断电还有就是灯的变化，没有了其他动手吸引学生的环节，我用过一次后来再也不用了。后来我发现可拆变压器的线圈加其铁芯是做自感现象实验很好的器材，我就把课本上对应演示通电自感和断电自感的线圈用可拆变压器代替，演示效果非常好。方法是在演示课本P29实验与探究实验时用可拆变压器的0-400两接线柱。电源用学生电源的直流挡，电压不要太高，以免开关断开时L1灯烧坏，先调节R0使两灯亮度接近，再演示断电自感现象。同理把P30中的实验探究中的线圈换成可拆变压器的0-800或0-1600接线柱，如果是0-1600两接线柱，则R0要用最大阻值为200欧或用电阻箱，而电源电压也要大一些，在实验时可以试着加，演示通电自感会发现灯2明显比灯1 要晚亮。P31的迷你实验室中一节干电池产生电火花，如果是学生做给自己看可以，但如果老师想在课堂上演示那么也还是得变一下，电源要用学生电源，线圈用可拆变压器的0-400两接线柱就能让大部分学生看到产生电火花的现象。

在接下去的自感系数的教学中，大部分教师好像就只能让学生记住课本上的结论了，其实上边几个实验都能演示自感系数与横截面积、线圈匝数和铁芯的关系，可拆变压器有横截面积不同的两组线圈，一组线圈有3个接线柱另一个有4个接线柱，中间的横梁可以取掉，在做上边的通电自感和断电自感时都可以改变匝数，横截面积、有无横梁（把横梁拿掉）有无铁芯（把线圈从铁芯上取下）观察自感现象从而说明自感系数与之有关，再让学生记课本的结论效果会更好。

通过这几个实验的改变，我认识到，在教学中我们不能一成不变地按课本教学。虽然可拆变压器是用在变压器的教学中的教学仪器，能让学生非常清楚地了解变压器的结构和原理，也能知道电压与匝数的关系，但它的原理还是电磁感应，所以我把它用到电磁感应的教学中，效果非常好，因此我们在实验教学中要多思考多实践，就能发现更多有趣的、有意义的对教学有帮助的器材和实验。